Устройство и принципы работы современного жесткого диска

Для многих людей жесткий диск представляется как черный ящик, который как-то хранит информацию. Но если вы рассматриваете жесткий диск не только как устройство хранения информации, тогда вы должны узнать, на каких принципах основана его работа. К счастью, внутреннее устройство большинства жестких дисков практически одинаково.

04 11 1

Давайте рассмотрим взаимодействие различных компонентов диска при получении запроса к данным. Это и будет вводный текст для описания компонентов.

В винчестерах используются круглые диски, называемые пластинами, они покрыты с обеих сторон специальным материалом, разработанным для хранения информации в виде намагниченных цепочек. Пластины крепятся на шпиндель. Они вращаются на большой скорости, приводимые от специального шпиндельного мотора. Специальные электромагнитные читающие/пишущие устройства, называемые головками, используются для записи и чтения информации с поверхности пластин.

Каждая поверхность пластины может вмещать в себя десятки гигабайт информации. Так же пластина имеет две головки, по одной с каждой стороны. Так, например, диск с тремя пластинами будет иметь шесть головок. На каждой пластине информация записывается на концентрических окружностях, называемых трэками (track), каждый трэк разбивается на части, называемые секторами, каждый из которых, в свою очередь, хранит в себе 512 байт данных.

Весь винчестер должен быть произведен с особой точностью в силу очень большой миниатюрности компонентов. Пластины, головки, шпиндель, соленоидный привод закрыты в специальном объеме, называемом гермозоной, или "банкой". Это сделано для того, чтобы гермозона была защищена от пыли, которая может разрушить головки или стать причиной царапин на пластинах. Внутри гермозоны находится воздух, а не вакуум, как думают многие. Она связана с внешним миром системой выравнивания давления, в которой имеется воздушный фильтр. Таким образом, давление воздуха внутри гермозоны всегда выровнено с окружающим воздухом, этим же образом решена проблема с выпадением конденсата — когда вы приносите винчестер с улицы, достаточно 2-3 часов, чтобы он нагрелся и испарился конденсат с поверхности пластин. Так что, ни какого вакуума или "жидкого вакуума", как говорят многие "специалисты" по винчестерам, внутри гермозоны нет. 04 11 2

Приведем пример того, что случается каждый раз, когда нам надо считать данные с винчестера. Это схематичный пример, в котором мы не будем касаться таких вещей, как кэширование диска, коррекции ошибок и многих других специальных приемов, которые используются в современных жестких дисках и позволяют улучшить скорость и надежность работы.

  1. Первый шаг в доступе к диску — это знание того, где искать информацию. Между запросом к данным и вычислением точного места поиска, происходит несколько преобразований:
    1. преобразование адреса данных в файле в адрес на логическом диске;
    2. преобразование адреса на логическом диске в адрес сектора на диске (это производится в компьютере, далее вступает работа самого винчестера).
  2. Управляющая программа жесткого диска сначала проверяет наличие запрашиваемой информации у себя в кэше. Если она есть, контроллер сразу же выдает информацию, без доступа к поверхности диска.
  3. В большинстве случаев, жесткий диск уже крутится, если это не так (в случае активизации процесса сохранения энергии), производится раскрутка пластин.
  4. Контроллер переводит полученный адрес сектора в физический адрес на диске: номер головки, номер цилиндра, номер сектора. Это производится с помощью специальной подпрограммы контроллера жестких дисков, называемой транслятором.
  5. Котроллер выдает команду соленоидной системе на перемещение головок к нужному трэку.
  6. Когда головки находятся над нужным трэком, выбирается интересующая нас головка и производится ожидание момента, когда перед головкой должен пролететь нужный нам сектор. Затем происходит считывание сектора.
  7. Контроллер считывает сектор в свой буфер, после чего он выдает эту информацию компьютеру с помощью интерфейса.

Статьи

© ООО «Спас-Инфо», 2000-2006

Rambler's Top100